实验二压电材料压电常数d测试

实验二压电资料的压电常数d测试实验二压电资料的压电常数d测试PAGE/NUMPAGES实验二压电资料的压电常数d测试物理专业实验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 专业应用物理班级1姓名学号实验名称压电材料的压电常数d33测试实验地址实验日期【实验目的】（1）掌握准静态d33测试仪的使用方法以及丈量压电常数d33。（2）熟习压电资料压电效应的基根源理【实验仪器】YE2730A准静态压电常数d33测试仪；PZT压电陶瓷样品；PMN压电陶瓷样品【实验原理】压电资料(piezoelectricmaterial)，遇到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体资料。1880年,法国物理学家P.居里和J.居里兄弟发现,把重物放在石英晶体上,晶体某些表面会产生电荷,电荷量与压力成比率。这一现象被称为压电效应。1、压电效应某些物质，当沿着必定方向施加压力或拉力时，会发生形变，其内部就产生极化现象，同时，其表面面上产生极性相反的电荷；当外力拆掉后，又恢复到不带电的状态；看作用力方向反向时，电荷极性也相反；电荷量与外力大小成正比。这类现象叫正压电效应。如图1所示。图1（正）压电效应反之，当对某些物质在极化方向上施加必定电场时，资料将产活力械形变，当外电场撤掉时，形变也消逝，这叫逆压电效应，也叫电致伸缩。压电效应的可逆性如图62所示。利用这一特征可实现机—电能量的相互变换。图2压电效应的可逆性压电式传感器多数采纳压电资料的正压电效应制成。大多数晶体都拥有压电效应，而多数晶体的压电效应都十分轻微。2、压电陶瓷的压电效应压电陶瓷是一种经过极化办理后的人工多晶铁电体。多晶是指它由无数细微的单晶构成，所谓铁电体是指它拥有近似铁磁资料磁畴的电畴结构，每个单晶形成一单个电畴，这类自觉极化的电畴在极化办理从前，个晶粒内的电畴按任意方向摆列，自觉极化的作用相互抵消，陶瓷的极化强度为零，所以，原始的压电陶瓷表现各向同性而不拥有压电性。为使其拥有压电性，就一定在必定温度下做极化办理。图3陶瓷极化过程表示图图4约束电荷与自由电荷摆列表示图所谓极化办理，是指在必定温度下，以强直流电场迫使电畴自觉极化的方向转到与外加电场方向一致，作规则摆列，此时压电陶瓷拥有必定的极化强度，再使温度冷却，撤去电场，电畴方向基本保持不变，余下很强的节余极化电场，从而表现压电性，即陶瓷片的两端出现约束电荷，一端为正，另一端为负。如图3所示。因为约束电荷的作用，在陶瓷片的极化两端很快吸附一层来自外界的自由电荷，这时约束电荷与自由电荷数值相等，极性相反，故此陶瓷片对外不表现极性。如图4所示。假如在压电陶瓷片上加一个与极化方向平行的外力，陶瓷片产生压缩变形，片内的约束电荷之间距离变小，电畴发生偏转，极化强度变小，所以吸附在其表面的自由电荷，有一部分被开释而表现放电现象。当撤掉压力时，陶瓷片恢复原状，极化强度增大，所以又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。这类因受力而产生的机械效应转变成电效应，将机械能转变成电能，就是压电陶瓷的正压电效应。放电电荷的多少与外力成正比率关系qd33F（1）此中d33是压电陶瓷的压电系数，F为作用力。压电陶瓷在极化方向上的压电效应最明显。我们把极化方向叫Z轴，垂直于Z轴平面上的任何直线都可作为X轴（或Y轴）。压电陶瓷的压电系数比石英晶体的大得多，所以采纳压电陶瓷制作的压电式传感器的矫捷度较高，但节余极化强度和特征受温度影响较大。最早使用的压电陶瓷资料是钛酸钡（BaTiO3）。它是由碳酸钡和二氧化钛按必定比率混杂后烧结而成。它的压电系数约为石英的50倍，但使用温度较低，最高只有70℃，温度稳固性和机械强度都不如石英。目前使用许多的压电陶瓷是锆钛酸铅（PZT系列），它是钛酸钡（BaTiO3）和锆酸铅（PbZrO3）构成的PbZrTiO3。它有较高的压电系数和较高的工作温度。铌镁酸铅是20世纪60年代发展起来的压电陶瓷。它由铌镁酸铅（PbMg1/3Nb2/3O3）、锆酸铅和钛酸铅按不一样比率配成的不一样性能的压电陶瓷，它拥有较高的压电系数和较高的工作温度，并且能承受较高的压力。3、压电参数的丈量方法压电陶瓷资料的压电参数的丈量方法甚多，有电测法，声测法，力测法和光测法等，这些方法中以电测法的应用最为广泛。在利用电测法进行测试时，因为压力体对力学状态极为敏感，所以，依据被测样品所处的力学状态，又可划分为动向法，静态法和准静态法等。（1）静态法静态法是被测样品处于不发生交变形变的测试方法，主要用于测试压电常数，测试样品上加必定大小和方向的力，依据压电效应，样品将因形变而产生必定的电荷。D33=d33T3若施加力为F3，则在电极上产生的总电荷为Q3=d33F3(1-39)静态法的丈量装置如图5所示，线路中的电容C的作用是为了使样品所产生的电荷都能释放到电容上。所以，要求电容C越大越好，一般选择的为样品电容的几十到一百倍的低消耗电容。图5静态法丈量压电常数装置图丈量时，为了防备施加力F3时会有附带冲击力而引起丈量偏差，一般加压时会合上电键K1，使样品短路而除去加压所产生的电荷。去压时先打开电键K1，使样品上所产生的电荷所有开释到电容上，用静电计测其电压V3（伏），用下式求出：Q3=(Co+C1)V3(1-40)式中，C3为样品的静电容（法）；C为外加并联电容（法），V3为电压（伏）。（2）动向法压电陶瓷资料的大多数参数都可以经过丈量频率Fs和fa来确立。生产上都采纳动向法中的传输法。图6给了一种简单的丈量线路。图6简单动向法丈量这类丈量线经过于简单，有一些弊端，为了战胜简单丈量线路的弊端，平时采纳图7所示的常用丈量线路。在振子两端有连接的电阻Ri，RT和RTo。一般选择Ri≥10RT′，RT=RT′及RT小于振子的等效电阻R1。这一丈量电路中每个电阻的作用及阻值选择原由以下。选择RT′≤R1/10，既RT′较下，而振子又与RT′并联，这样，振子的阻抗Z固然随频率变化很大，但Z与RT′并联后的和阻抗随频率的变化却很小，所以，可以以为输入电压几乎保持不变。可以选择（Ri+RT′）等于信号发生器的输出阻抗和频率计的输入阻抗与（Ri+RT′）相并联，而RT′又与振子并联，当RT′小时，它能隔断信号发生器输出电抗和频率计输入电抗对振子的影响，所以，可以提升丈量fm和fn的精度。对RT值选择是一个重要的问题。因为RT与振子相串通，特别是振子谐振时，RT就是串通谐振电路中电阻的一部分。RT大时，会影响谐振曲线的尖锐度，使谐振指示不正确，造成丈量偏差，所以要求RT越小越好。另一方面，振子阻抗随频率的变化是经过RT上的电压变化反响到毫伏表中，为了使毫伏表能矫捷地反响这个变化，就希望大一点好。兼备这双方面的要求，一般选择RT小于振子的等效电阻R1，对于PZT系压电陶瓷来说，RT的数值约为几十欧。因为形状大小不一样的压电陶瓷振子的最小阻抗也不相同，所以丈量时对付RT值作必需的调整。其次，在反谐振频率时，振子的阻抗达到最大值，为了提升丈量反谐振频率的精确度，应适当选择较大的RT值。与RT′相似，RT′也能起到隔断毫伏计的输入电抗对振子的影响，所以也能提升丈量fm和fn的精确度。为了防备线路中杂散电容和外界感觉所带来的丈量偏差，对丈量线路做必需的障蔽。一般是将线路房于金属盒内。夹持振子支架也影响丈量结果。对夹持振子的支架除要求能坚固地支持住振子，保证夹子与振子有优异的电接触外，还要使振子处于能自由振动状态。所以夹子与振子的接触面要尽可能的小，并且夹在中心地址或振动节上，同时，希望支架拥有尽量小的分布电容。因为压电陶瓷是铁电体，只有输入信号电压较小时，才能获取比较正确的丈量结果。假如输入信号电压较大，就会引起非线形效应。造成丈量偏差，所以，一般都在输入信号电压为1伏的状况下进行丈量。（3）等效电阻R1的丈量方法丈量R1的常用方法当信号频率等于振子的谐振频率时，等效电路中的L1C1串通分路阻抗等于电子Ro。所以，还可以在丈量线路中经过开关K1，用一个可变电阻箱来取代振子，并调节可变电阻箱，使毫伏表上的读数与振子谐振时的读 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 相同，这时电阻箱中的电阻即等于振子的等效电阻R1。丈量R1的精确方法谐振时，等效电路中的总电流等于Co分路电流和R1分路电流之和。假如Co分路的阻抗大于R1，则经过Co分路的电流就很小，所以，上述丈量R1的方法的偏差很小。假如Co分路的阻抗小于R1，则应采纳下述方法清楚Co分路所造成的偏差。并联电容法-------既然振子的分路电容Co与R1并联，那么可早先用电容点桥测出振子的分路电容Co，而后用一电容等于Co的电容器与电阻箱并联，如图7中虚线所示。经过开关K1，再调理电阻即等于振子的等效电阻R1。并联电感法-------用一可变电感Lo与振子并联，如图7中虚线所示，调理电感Lo使之满足（2πfsLo-1/2πfsCo）=0。这时，经过Co分路的电流恰好与经过电感Lo的电流相互抵消。此时，毫伏表上的读数只反响经过等效电阻R1的电流的大小。而后按常用方法丈量R1值。【实验内容】1、第一开机预热10min，显示部分调整为d33以及×1；2、丈量样品的压电常数前，一定先对仪器进行校订。拿出校订规，将夹具夹住校订规。需要注意的是：旋转钮的旋转程度，以旋转到无声震动为准；3、旋转校订钮，直至显示屏为499为止；4、完成校订后，拿出校订规，换待测样品，丈量压电资料的压电常数d33；相同，旋转钮的旋转程度以无声震动为准；5、记录不一样样品的压电常数数值。【实验数据】PbZr0.2Ti0.8O3陶瓷压电资料电场强度8kv/mm时间15分钟温度（℃）6080100d33（pC/N）144195243电场强度8kv/mm温度80℃时间（min）51530温度80℃d33（pC/N）128137155时间15分钟电场强度（kv/mm）4810【思虑题】d33（pC/N）1563153981、为何压电陶瓷在测试压电性能前，一定要进行极化办理？答：压电陶瓷一定经过极化以后才拥有压电性能。2、压电陶瓷极化工艺主要有哪三个因素？答：压电陶瓷极化工艺主要有极化电场、极化温度、极化时间三个因素。3、压电资料的压电性能参数主要有哪些？举例说明正压电效应的应用。答：压电资料的主要特征参数有：（1）压电常数：压电常数是衡量资料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出的矫捷度。（2）弹性常数：压电资料的弹性常数、刚度决定着压电器件的固有频率和动向特性。（3）介电常数：对于必定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。（4）机械耦合系数：在压电效应中，其值等于变换输出能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根；它是衡量压电资料机电能量变换效率的一个重要参数。（5）电阻压电资料的绝缘电阻：将减少电荷泄漏，从而改进压电传感器的低频特征。（6）居里点：压电资料开始丧失压电特征的温度称为居里点。传感器，压电陶瓷-高聚物复合资料教师考语：1.实验预习：（认真、较认真、一般、较差、很差）；占30%原始数据及实验结果：（正确合理、较正确、不合理）；占30%实验所要求的偏差解析或作图：（规范、中等、不规范）；占20%4.报告排版整齐度：（很好、较好、中等、较差、很差）；占评定等级：（）教师署名：日期：20%